KR20210138369A - 유량 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정장비의유량(세정액)을 조절하는 시스템에 관한 것으로, 에어 공급홀을 통해 공급되는 에어(air)의 양에 따라 위치 이동하는 다이아프램을 포함하고, 상기 다이아프램의 위치에 따라 밸브 내로 유입된 세정액의 양이 조절되어 밸브 밖으로 토출되는 유량 토출 밸브와; 상기 에어 공급홀로 공급되는 에어의 양을 조절하도록 밸브 개폐율이 조절되는 에어량 조절밸브와; 상기 에어량 조절밸브의 밸브 개폐율을 조절 제어하는 제어부;를 포함함으로써, 에어량 조절을 통해 다이아프램의 개폐율을 조절해 유량을 조절한다.

Description

유량 조절 시스템{FLOW CONTROL SYSTEM}

본 발명은 웨이퍼 세정장비에 관한 것으로, 특히 세정시 요구되는 유량(세정액)을 조절하는 시스템에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중 세정 공정은 반도체 기판 예를 들어, 웨이퍼 기판 상에 존재하는 파티클(particle) 및 오염물질 등을 제거하는 공정이다. 따라서 세정 공정은 반도체 소자의 제조 수율에 큰 영향을 미치므로 반드시 처리되는 매우 중요한 공정 중 하나이다. 세정 공정에서는 약액 또는 순수(DIW) 등을 세정액으로 이용하여 웨이퍼 기판 상의 파티클 또는 오염물질 등을 제거한다.

이러한 세정 공정에서는 웨이퍼 세정장비가 이용되는데, 웨이퍼 세정장비에는 세정액의 양, 즉 유량을 조절하기 위한 밸브 모듈이 포함된다. 도 1에 예시한 바와 같이 일반적인 밸브 모듈은 세정액의 인입을 제어하는 매뉴얼 밸브(100)(혹은 정압 밸브), 인입된 세정액의 유량을 감지하기 위한 초음파 유량계(110), 유량의 양을 조절하기 위한 유량 제어 밸브(Flow Control Valve:FCV)(120), 세정액을 토출하기 위한 유량 토출 밸브(130)를 포함한다.

도 2는 도 1에 도시한 유량 토출 밸브(130)의 단면을 도시한 것으로, 에어 공급홀(17)을 통해 에어 공급이 없을 때는 스프링(11)의 장력으로 다이아프램(diaphragm)이 클로즈 상태를 유지한다. 반면 에어 공급홀(17)을 통해 에어가 공급되면 스프링(11) 장력을 밀어올려 다이아프램을 오픈시킴으로써 유체인 세정액이 토출된다. 에어의 공급은 에어 공급관에 위치하는 솔레노이드 밸브의 온/오프에 의해 제어된다.

이러한 일반적인 웨이퍼 세정장비용 밸브 모듈에서는 유량 제어 밸브(120)가 미리 설정된 유량을 공급하면, 유량 토출 밸브(130)가 에어 공급의 유무에 따라 완전 개방 혹은 완전 폐쇄되어 세정액을 토출하거나 세정액 토출을 차단하는 방식이다. 다만, 웨이퍼 세정장비의 다운사이징 요구에 부응하기 위해서는 상술한 밸브 모듈을 소형화하거나 새로운 밸브 모듈을 포함하는 유량 조절 시스템의 개발이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0090080호 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0116921호

이에 본 발명은 상술한 필요성에 따라 창안된 발명으로서, 본 발명의 주요 목적은 컴팩트한 밸브 모듈을 구현하여 세정액의 유량을 정상 조절할 수 있는 유량 조절 시스템을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 구성이 간단하면서도 자유롭게 세정액의 토출 유량을 조절할 수 있는 유량 조절 시스템을 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 유량 토출 밸브로 공급되는 에어량의 범위를 자유롭게 가변 설정할 수 있음은 물론, 설정된 에어량의 범위 내에서 밸브 개폐율을 연속 제어할 수 있는 유량 조절 시스템을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 시스템은,

에어 공급홀을 통해 공급되는 에어(air)의 양에 따라 위치 이동하는 다이아프램을 포함하고, 상기 다이아프램의 위치에 따라 밸브 내로 유입된 세정액의 양이 조절되어 밸브 밖으로 토출되는 유량 토출 밸브와,

상기 에어 공급홀로 공급되는 에어의 양을 조절하도록 밸브 개폐율이 조절되는 에어량 조절밸브와,

상기 에어량 조절밸브의 밸브 개폐율을 조절 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 구성의 유량 조절 시스템에 있어서, 상기 유량 토출 밸브가 포함되는 밸브 모듈은,

상기 유량 토출 밸브 앞단에 위치하여 세정액의 유입을 제어하는 매뉴얼 혹은 정압 밸브와, 상기 매뉴얼 혹은 정압 밸브 후단과 상기 유량 토출 밸브 사이에서 세정액의 유량을 감지하여 상기 제어부로 전달하기 위한 유량 감지계를 더 포함함을 또 다른 특징으로 한다.

더 나아가 상술한 구성의 유량 조절 시스템에 있어서, 상기 에어량 조절밸브는,

에어 공급관에 설치되어 상기 제어부로부터 전달되는 밸브 개폐율 조절신호에 의해 밸브 개폐율이 조절되는 피에조 밸브임을 특징으로 한다.

상술한 기술적 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명은 일반 밸브 모듈에서 유량의 양을 조절하기 위한 제어 밸브(FCV)를 사용하지 않고서도 유량 토출 밸브 밖으로 토출되는 세정액의 유량을 조절할 수 있기 때문에 밸브 모듈을 다운사이징할 수 있으며, 이에 웨이퍼 세정장비 역시 다운사이징할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 시스템의 밸브 모듈은 FCV를 사용하지 않고 피에조 밸브와 같은 에어량 조절밸브를 사용하기 때문에 FCV 대비 약 1/4의 원가를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며,

더 나아가, 에어 공급관으로 공급되는 에어를 단순히 온/오프 방식으로 단속하는 기존의 솔레노이드 밸브를 이용하는 방식에 비해, 본 발명은 피에조 밸브의 밸브 개폐율을 조절할 수 있기 때문에 시스템에 맞게 밸브 개폐율의 범위를 사전에 설정할 수 있으며, 설정 범위 내에서 밸브 개폐율을 연속적으로 제어할 수 있어 미세하게 유량을 조절할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 세정장비에 사용되는 밸브 모듈의 구성 예시도.
도 2는 도 1에 도시한 유량 토출 밸브(130)의 단면 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 조절 시스템의 구성 예시도.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시한 에어량 조절밸브(250)의 일 예시도.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.

또한 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 밸브 모듈 혹은 밸브의 특정 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

우선 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 조절 시스템의 구성도를 예시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 시스템은 웨이퍼 세정장비에서 요구되는 세정액의 공급 유량을 조절하기 위해 필요한 유량 조절 시스템이다.

이러한 유량 조절 시스템은 기본적으로 도 3에 도시한 바와 같이, 에어 공급홀(231, 도 2에 도시한 17번)을 통해 공급되는 에어(air)의 양에 따라 위치 이동하는 다이아프램(도 2에 도시한 6번)을 포함하고, 상기 다이아프램의 위치에 따라 밸브 내로 유입된 세정액의 양이 조절되어 밸브 밖으로 토출되는 유량 토출 밸브(230, 일 예로 도 1에 도시한 구조를 가질 수 있다)와,

상기 에어 공급홀(231)로 공급되는 에어의 양을 조절하도록 밸브 개폐율이 조절되는 에어량 조절밸브(250)와,

상기 에어량 조절밸브(250)의 밸브 개폐율을 조절 제어하는 제어부(240)를 포함할 수 있다.

상술한 기본 구성 외에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유량 조절 시스템은, 상기 유량 토출 밸브(230)가 포함되는 밸브 모듈에,

상기 유량 토출 밸브(230) 앞단에 위치하여 세정액의 유입을 제어하는 매뉴얼(M/V) 혹은 정압 밸브(200)와, 상기 매뉴얼(M/V) 혹은 정압 밸브(200) 후단과 상기 유량 토출 밸브(230) 사이에서 세정액의 유량을 감지하여 상기 제어부(240)로 전달하기 위한 유량 감지계(210)를 더 포함할 수도 있다.

이러한 유량 감지계(210)로서 초음파 유량계를 이용할 수 있으며, 유량 감지계(210)에서 감지된 유량 감지신호는 앰프와 같은 신호 중계기를 통해 증폭 및 디지털 변환되어 상기 제어부(240)로 전달될 수 있다.

한편, 유량 토출 밸브(230)의 에어 공급홀(231)로 공급되는 에어의 양을 조절하도록 밸브 개폐율이 제어부(240)에 의해 조절되는 에어량 조절밸브(250)는 에어 공급관(상기 에어 공급홀(231)에 연결되는 관이라 할 수 있음)에 설치되어 상기 제어부(240)로부터 전달되는 밸브 개폐율 조절신호에 의해 밸브 개폐율이 조절되는 피에조 밸브를 사용할 수 있다.

이러한 피에조 밸브의 특성을 도 4 및 도 5를 참조하여 부연 설명하면,

우선 도 4 및 도 5는 도 3에 도시한 에어량 조절밸브(250)의 일 예로서 사용 가능한 피에조 밸브의 전기적 특성과 동작 특성을 설명하기 위한 도면을 예시한 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 피에조 밸브는 피에조 벤더라는 소자가 내장되어 있으며, 피에조 벤더는 2개의 층(251,253)으로 구성된다. 즉, 피에조 효과에 의해서 전압을 가하면 수축하는 피에조 세라믹 소자(253)가 하나의 층을 이루며, 피에조 효과가 발생하지 않는 일반 세라믹 재질(251)이 또 하나의 층을 이룬다.

이와 같이 2개의 층으로 구성되는 피에조 벤더에 전압을 가하면, 두 층의 수축정도 차이에 의해서 도시한 바와 같이 벤더가 구부러지는 현상이 발생한다. 이러한 특성(피에조 밸브의 구부러지는 현상)을 이용해서 공압 노즐을 개폐할 수 있는 피에조 밸브를 구현할 수 있다.

즉, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 피에조 벤더의 일측을 밸브 구조체에 고정하고 그 반대측의 상부를 스프링(255)에 결합하되 하부를 노즐(257) 입구에 마주하게 위치시키면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 인가되는 전압의 양에 따라 피에조 벤더의 상부 방향으로의 구부러짐 정도가 인가 전압에 비례하여 가변적이기 때문에 밸브 개폐율이 조절될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 시스템은 유량 토출 밸브(230)의 에어 공급홀(231)로 공급되는 에어의 양을 피에조 밸브의 밸브 개폐율을 조절하여 제어함으로써, 공급되는 에어의 양에 따라 위치 이동하는 다이아프램의 개폐율을 조절해 결과적으로 밸브(230) 밖으로 토출되는 세정액의 유량을 조절할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 일반 밸브 모듈에서 유량의 양을 조절하기 위한 제어 밸브(FCV)를 사용하지 않고서도 유량 토출 밸브(230) 밖으로 토출되는 세정액의 유량을 조절할 수 있기 때문에 밸브 모듈을 다운사이징할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 시스템의 밸브 모듈은 FCV를 사용하지 않고 피에조 밸브와 같은 에어량 조절밸브를 사용하기 때문에 FCV 대비 약 1/4의 원가를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며,

더 나아가, 에어 공급관으로 공급되는 에어를 단순히 온/오프 방식으로 단속하는 기존의 솔레노이드 밸브를 이용하는 방식에 비해, 본 발명은 피에조 밸브의 밸브 개폐율을 조절할 수 있기 때문에 시스템에 맞게 밸브 개폐율의 범위를 사전에 설정할 수 있으며, 설정 범위 내에서 밸브 개폐율을 연속적으로 제어할 수 있어 미세하게 유량을 조절할 수 있는 장점도 있다.

이상에서는 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 에어 공급홀을 통해 공급되는 에어(air)의 양에 따라 위치 이동하는 다이아프램을 포함하고, 상기 다이아프램의 위치에 따라 밸브 내로 유입된 세정액의 양이 조절되어 밸브 밖으로 토출되는 유량 토출 밸브와;
   상기 에어 공급홀로 공급되는 에어의 양을 조절하도록 밸브 개폐율이 조절되는 에어량 조절밸브와;
   상기 에어량 조절밸브의 밸브 개폐율을 조절 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 유량 조절 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 유량 토출 밸브가 포함되는 밸브 모듈은,
   상기 유량 토출 밸브 앞단에 위치하여 세정액의 유입을 제어하는 매뉴얼 혹은 정압 밸브와, 상기 매뉴얼 혹은 정압 밸브 후단과 상기 유량 토출 밸브 사이에서 세정액의 유량을 감지하여 상기 제어부로 전달하기 위한 유량 감지계를 더 포함함을 특징으로 하는 유량 조절 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 에어량 조절밸브는,
   에어 공급관에 설치되어 상기 제어부로부터 전달되는 밸브 개폐율 조절신호에 의해 밸브 개폐율이 조절되는 피에조 밸브임을 특징으로 하는 유량 조절 시스템.

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